一种风电机组的电压监测调节系统的制作方法

文档序号:10922571阅读:786来源:国知局
一种风电机组的电压监测调节系统的制作方法
【专利摘要】一种风电机组的电压监测调节系统,包括电压采集模块、中心控制模块、电压调节模块及系统电源模块;电压采集模块和系统电源模块的输出端分别与中心控制模块的信号输入端和供电端相连;中心控制模块的信号输出端与电压调节模块相连,电压调节模块连接于风机机组与电网之间;系统电源的供电端与电网相连。本实用新型结构简单,通过对电网的三相电压进行独立采样,当电网中任意一相的电压值异常时,系统单独启动调节对应相的电压调节模块对电压进行调节,从而保证了三相电压平衡。而对原系统无任何干扰,使电网电压纯净的输出,不会对风电机组内其他设备带来任何干扰,本系统可在电网骤升至额定电压的140%时,仍能维持风电机组正常运行几秒不脱网。
【专利说明】
一种风电机组的电压监测调节系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种高压电的电压监测及调节装置,尤其是一种风电机组的电压监测调节系统。
【背景技术】
[0002]随着风电机组越来越大规模的并网,因电网电压骤升引起的事故逐年增加,当电网电压骤升时,电网侧功率无法送出,功率由电网侧流入变流器,导致直流母线电压快速升高,进而导致系统故障停机脱网,此时如果风电机组退出电网运行,势必造成更大的电网波动。
[0003]因此,为防止风电大规模脱网对电力系统的影响,要求风电机组应具备一定的过电压能力。目前中国还没有制定高压穿越标准,但国外已经有对应标准:德国E.0N规定电网电压骤升为额定电压的125%时,风电机组仍能保持10ms不脱网;澳大利亚并网导则规定电网电压骤升至130%时,风电机组应持续60ms不脱网。

【发明内容】

[0004]本实用新型的目的是提供一种结构简单、可根据电网的电压变化情况对输出电压进行实时监控和调节,维持风电机组正常运行不脱网,使电源始终保持在安全范围内的风电机组的电压监测调节系统。
[0005]本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案:一种风电机组的电压监测调节系统,包括电压采集模块、中心控制模块、电压调节模块及系统电源模块;所述电压采集模块和系统电源模块的输出端分别与中心控制模块的信号输入端和供电端相连;中心控制模块的信号输出端与电压调节模块相连,电压调节模块连接于风机机组与电网之间;所述系统电源的供电端与电网相连。
[0006]所述电压采集模块包括变压器、若干分压电阻及电压比较器,所述分压电阻之间相互并联形成分压电阻并联电路,其中一只分压电阻与电压比较器串联;分压电阻并联电路的两端分别与变压器和中心控制模块串联在一起;所述变压器通过整流电路与分压电阻并联电路相连。
[0007]所述系统电源模块包括开关电源模块,所述开关电源模块的输入端依次通过稳流电路、保护电路连入电网,开关电源模块通过稳压电路与所述电压比较器中的参考电压端相连,开关电源模块的电流输出端与中心控制模块的电源输入端相连。
[0008]所述电压调节模块包括多条相互串联的光耦隔离器、IGBT驱动模块及IGBT模块组并联在一起所构成的一组IGBT并联电路,所述IGBT并联电路的两端分别与中心控制模块及补偿变压器组相连,补偿变压器组的输出端与风机相连,补偿变压器组通过保护电路连入电网中。
[0009]所述补偿变压器组包括由多个具有不同降压比的补偿变频器串联叠加而成,其中每个补偿变频器与一组IGBT并联电路相连。
[0010]所述电压监测调节系统包括独立的三组电压采集模块、中心控制模块、电压调节模块及系统电源模块。
[0011 ]所述中心控制模块为带有PffM模块输出的32位单片机。
[0012]本实用新型的有益效果在于:本实用新型结构简单,系统通过一组电压采集模块、中心控制模块、电压调节模块及系统电源模块,通过对电网的每相电压进行独立采样和控制,当电网中任意一相的电压值异常时,系统会单独启动调节对应相的电压调节模块对电压进行调节,从而保证了三相电压平衡。而对原系统无任何干扰,使电网电压纯净的输出,不会对风电机组内其他设备带来任何干扰,本系统可以在电网骤升至额定电压的140%时,仍能维持风电机组正常运行几秒不脱网。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的总体模块连接示意图。
[0014]图2是本实用新型电压采集模块的模块结构示意图。
[0015]图3是本实用新型电压调节模块的结构示意图。
[0016]图4是本实用新型系统电源模块的结构示意图。
[0017]图5是图4的电路原理图。
[0018]图中:1-电压采集模块、2-中心控制模块、3-电压调节模块、4-系统电源模块、5-变压器、6-分压电阻、7-电压比较器、8-光耦隔离器、9-1GBT驱动模块、10-1GBT模块组、11-补偿变压器组、12-开关电源模块。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图及【具体实施方式】对本实用新型进行说明:
[0020]图1是本实用新型一种风电机组的电压监测调节系统的总体模块连接示意图。一种风电机组的电压监测调节系统,包括电压采集模块1、中心控制模块2、电压调节模块3及系统电源模块4;其中,电压采集模块I和系统电源模块4的输出端分别与中心控制模块2的信号输入端和供电端相连;中心控制模块2的信号输出端与电压调节模块3相连,电压调节模块3连接于风机机组与电网之间;系统电源的供电端与电网相连。
[0021]图2是电压采集模块I的模块结构示意图。电压采集模块I具体包括变压器、若干分压电阻6及电压比较器7,其中,分压电阻6之间相互并联形成分压电阻6并联电路,其中一只分压电阻6与电压比较器7相串联;分压电阻6并联电路的两端分别与变压器和中心控制模块2串联在一起;变压器通过整流电路与分压电阻6并联电路相连。该模块的工作原理为:电网电压经过变压器降低后,经过整流,再经过分压电阻6分压,之后通过电压比较器7与系统内部稳压电压参考值对比,将结果输出给单片机。当电网电压变化时,图2中的电压比较器7所在的支路产生中断信号,即电压升高的触发信号,传输给单片机,此时单片机将电压的具体值通过图2中的采样电压值输入到单片机自带的AD模块进行采集。
[0022]图3是电压调节模块3的结构示意图。电压调节模块3包括多条相互串联的光耦隔离器8、IGBT驱动模块9及IGBT模块组10并联在一起所构成的一组IGBT并联电路,IGBT模块组10由多个IGBT模块并联形成;其中,IGBT并联电路的两端分别与中心控制模块2及补偿变压器组11串联在一起,补偿变压器组11的一个输出端与风机相连,补偿变压器组11另一输出端通过保护电路连入电网中。电压采集模块I输入到单片机中的信息通过单片机的分析数值,单片机根据具体电压值将控制信号依次电压调节模块3中的光耦隔离芯片和IGBT驱动芯片控制IGBT模块组1的开关动作。
[0023]如图5所示,补偿变压器组11包括由多个具有不同降压比的补偿变频器串联叠加而成,而每个补偿变频器与一组IGBT并联电路相连。由于补偿变压器组11中含有多个具有不同降压比的补偿变压器,因此可以通过单片机使其构成不同比例的降压。根据图5的电路原理图,其中包含4个补偿变压器Tl-T4(在精度和电压调节范围提高或降低后,可以增加或减少补偿变压器的个数,这里以4个为例),每个补偿变压器配有4组IGBT模块Q1-Q16,通过电路中IGBT模块的通断来改变补偿变压器Τ1-Τ4的接法。如图5中补偿变压器Tl对应的一组IGBT: Q1、Q2、Q9、Q1。每组IGBT模块的控制信号均由IGBT驱动模块9给出,IGBT模块的控制信号则由单片机提供。若需要补偿变压器Tl接入进行调节,则开通IGBT模块:Q9、Q10、Q3?Q8;断开IGBT模块:Ql、Q2、Q11?Q16,此时仅补偿变压器Tl接入电路,补偿变压器T2~T4次级线圈短路,处于直通状态。此时由补偿变压器Tl进行降压调节。又因为补偿变压器Τ1~Τ4分别有不同的降压比,故当电网电压在不同值时,由补偿变压器Τ1~Τ4构成不同的组合叠加进行降压,实现电网电压在升高140%以内时均可调节至正常水平,误差在3%以内,实现高压穿越。
[0024]图4是系统电源模块4的结构示意图。系统电源模块4包括开关电源模块12,该开关电源模块12的输入端依次通过稳流电路、保护电路连入电网,开关电源模块12通过稳压电路与电压比较器7中的参考电压端相连,以为电压比较器7提供参考电压,开关电源模块12的电流输出端与中心控制模块2的电源输入端相连。
[0025]为保证电网中三相电压的平衡,优选采用独立的三组电压采集模块1、中心控制模块2、电压调节模块3及系统电源模块4,分别采集电网的三相电压值并分别通过各自的中心控制模块2对每相电压进行监控和调节。
[0026]中心控制模块2为带有PffM模块输出的32位单片机,如MCU。从而使程序执行速度微秒级别,该单片机自身带有PWM模块输出,简化了 IGBT控制操作,减少了代码量,提高了程序运行周期的速率,使系统可以快速响应切换。
[0027]本实用新型的工作原理如下:
[0028]系统通过电压采集单元采集电网中三相电压值,并通过电压比较器7将结果传输给单片机,单片机根据输入的结构控制电压调节模块3补偿变压器组11中补偿变压器的接入方式,从而调节电网与风机的电压比,来保障风机正常工作。由于本系统采用三相独立调节方式,故对于每一相,均有相同的独立调节机构。对于补偿变压器组11的具体接入方式如下:
[0029]当输出电压保持在额定电压范围内时,本系统保持直通状态,如图5,补偿变压器的次级侧相当于导线,电网电压直接输出,输出电压与输入电压保持一致。当网侧电压高于额定电压5%时,本系统进入调节状态,补偿变压器初级侧升压,变压器次级侧按比例升压,与输入电压叠加后共同输出,使得输出电压始终稳定在5%以内,通过输出电压的高速采样电路的反馈,单片机采用智能算法控制IGBT模块的开通时间,改变补偿变压器初级侧的电压,使输出维持在额定范围内。
[0030]当输入电压恢复到额定电压范围内后,本系统自动维持直通状态,系统时刻采集输出电压,使得输出电压长期稳定在额定范围内,保障系统正常运行。
[0031]本系统采样电路分为多级采样,即保证了高速的采样速率,又保证了采样的准确性,使系统稳定可靠的运行,避免了误动作发生的可能性。每相电压采取分别采样,可以实现各相输出电压独立调节。运用32位高速单片机,采样速度20微秒为单位,通过在单片机中按照实际要求置入智能算法可保障系统响应时间小于I毫秒。
[0032]以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明,不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,包括电压采集模块(I)、中心控制模块(2)、电压调节模块(3)及系统电源模块(4);所述电压采集模块(I)和系统电源模块(4)的输出端分别与中心控制模块(2)的信号输入端和供电端相连;中心控制模块(2)的信号输出端与电压调节模块(3)相连,电压调节模块(3)连接于风机机组与电网之间;所述系统电源的供电端与电网相连。2.根据权利要求1所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述电压采集模块(I)包括变压器(5)、若干分压电阻(6)及电压比较器(7),所述分压电阻(6)之间相互并联形成分压电阻(6)并联电路,其中一只分压电阻(6)与电压比较器(7)串联;分压电阻(6)并联电路的两端分别与变压器(5)和中心控制模块(2)串联在一起;所述变压器(5)通过整流电路与分压电阻(6)并联电路相连。3.根据权利要求1所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述系统电源模块(4)包括开关电源模块(12),所述开关电源模块(12)的输入端依次通过稳流电路、保护电路连入电网,开关电源模块(12)通过稳压电路与所述电压比较器(7)中的参考电压端相连,开关电源模块(12)的电流输出端与中心控制模块(2)的电源输入端相连。4.根据权利要求1所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述电压调节模块(3)包括多条相互串联的光耦隔离器(8)、IGBT驱动模块(9)及IGBT模块组(10)并联在一起所构成的一组IGBT并联电路,所述IGBT并联电路的两端分别与中心控制模块(2)及补偿变压器组(11)串联在一起,补偿变压器组(11)的输出端与风机相连,补偿变压器组(11)通过保护电路连入电网中。5.根据权利要求4所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述补偿变压器组(11)包括由多个具有不同降压比的补偿变频器串联叠加而成,其中每个补偿变频器与一组IGBT并联电路相连。6.根据权利要求1所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述电压监测调节系统包括独立的三组电压采集模块(I)、中心控制模块(2)、电压调节模块(3)及系统电源模块(4)。7.根据权利要求1所述的一种风电机组的电压监测调节系统,其特征在于,所述中心控制模块(2 )为带有PWM模块输出的32位单片机。
【文档编号】H02J3/26GK205610234SQ201620397790
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】刘宏博
【申请人】大连鑫怡电子科技有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1